再谈中学计算机辅助教学.docVIP

再谈中学计算机辅助教学谢晋超 龚晖成都七中数学教研组 西南交通大学应用力学与工程系摘 要：本文通过对中学计算机教学和应用现状的分析和研究，揭示了当前工作中存在的问题和不足，阐述了为中等学校开展计算机辅助教学制定科学的发展策略的特殊意义。关键词：计算机辅助教学，人工智能，中学教育，教学改革90年代初期开始，计算机以一种不可遏止的态势进入到教育领域中来，一场以高科技为先导的深层次的变革正在这一领域中悄然兴起。这种态势决非纯商业性的推波助澜所能形成，而是计算机技术在教育工作中真正找到了它的立足之地。学校的校长、教务长和计算机教师是这场变革的领航者和掌舵人，有必要结合实际制订出科学的发展策略，以确保这项工作的顺利开展，使教学工作获得实实在在的收益。 1现行计算机教学工作中的是与非中等学校开展计算机辅助教学的一个客观事实是计算机的硬件资源相当有限，与20多个教学班的学生数量相比可谓是杯水车薪，然而与之相矛盾的是这些计算机目前的利用率却很低，按照开出的课时数来计算大多仅在2030左右，造成这种现象的原因是多方面的，而观念和意识的不到位则是造成这种资源浪费的主要因素。计算机技术在教育工作中的应用与在其它行业中的应用一样，存在着软件开发人员与行业专业人员相脱离的问题，教师不完全了解计算机的能耐到底有多大，而软件开发人员则不知道教学工作中哪些环节最值得让计算机去干，因此，无论是教师还是软件设计人员都存在着一些不正确或不实际的观点和想法。本文通过对计算机教学工作中存在问题的分析与讨论，希望能够澄清一些模糊的认识，给中学的计算机教学工作提出一些具体的建议。11追求单一的技能培训除个别学校错误地把中学的计算机辅助教育等同于计算机学科教学之外1，据本文作者所在的成都市及周边地区的情况来看，大多数中学由于受财力所限，无力建立计算机网络，而比较系统的教学软件容量较大，往往需要安装在硬盘或在光盘上运行，因此可以说大多数学校缺乏开展计算机辅助教学活动的硬件基础。但确也有部分学校和教师对计算机辅助教学工作持完全排斥甚至基本否定的态度，最具代表性的观点是，中学阶段主要是普及计算机知识，开展包括操作、打字和程序设计等内容在内的素质教育，而搞计算机辅助教学不仅不会给教学工作带来实质性的好处，反倒可能干扰现行教学计划的实施。在硬件装备方面，这些学校往往以数量取胜，而降低对配置的要求，主张不联网，不要硬盘，从而使硬件水平达不到开展计算机辅助教学的最低要求。由于操作、打字和程序设计等并无很多实质性的内容要讲授，更何况校方也不愿意拿出更多的学时用于开展这种技能培训，因此，比较普遍的情况是中学机房每周只开出1020个课时，而大部分时间则是计算机处于闲置状态，造成巨大的资源浪费。现行的以操作、打字和程序设计为主体的计算机教学内容，实际上只是一种职业培训，原则上没有必要在基础教育阶段来开展，从实用的角度来讲，可以在需要的时候以社会上职业教育的形式来进行，这种技能培训即学即用，不足一个月即可获得满意的效果。只有把早期的素质教育和随后开展的计算机辅助教学紧密地结合起来，统筹规划，以此来改进教学手段，提高教学质量，这种技能培训方能显现出充分的必要性，而学校在计算机硬件上的投资才能产生巨大的效益。 12对计算机辅助教学的期望值过高这也是一种普遍存在的现象。很多任课教师一提到计算机辅助教学，就把电脑（确切地说是教学软件）跟自己的教学工作相对比，其结果是显而易见的。由于受当前计算机技术自身的限制，设计出来的教学软件在教学策略的灵活性和知识结构的完备性等方面均不可能和一个真正的教师相比拟，如果说有哪一套教学软件的功能和一个真正的教师完全相同，那至少在10年20年之内都可断言是科学骗术。但这并不表明计算机无用武之地，计算机的优势主要体现为一种群体优势，一个学校不可能有上百名数学教师，但可以购置上百台计算机，如果配上好的数学教学软件就可以发挥几名或几十名数学教师所无法起到的作用。让教师建立起对计算机辅助教学工作的正确认识是这项工作获得成功的必要保证。13把课堂搬进机房至少可以列出以下6种理由说明甩掉黑板和粉笔，用计算机全面替代教师从事课堂教学的设想不现实：从理论上讲学校将需要为每个学生配备一台电脑，这不仅在中国办不到，在国外也无此先例。即使国内能够设立几所样板学校，配置足够多的计算机，在软件方面也得不到保证，没有那一个软件开发商会对少数几个用户大做文章。学校方面将为开展这种试验承担巨大的压力和风险，除非国家教委能在升学问题上网开一面。课堂上教师可以声情并茂，灵活多样和随机应变，可以根据学生的表情和反应改变讲授的方式和切入点，而电脑则只能按照一种固定的模式和流程来进行教学。这种固定模式可以全国最好的教师的教学方法为蓝本，但对于具体的某个学生来讲最好的不一定是最佳的。学生家长将成为这种教学模式的主要反对者，一来家长不相信电脑会比教师教得更好，二来家长不会容忍自己的子女整天坐在计算机的屏幕前。中学教师的工作负担很重，但这种负担并不主要来自课堂教学。与把课堂搬进机房相反的做法是把电脑请进教室， 一个教室只需一台电脑，并通过大屏幕电视或投影仪播放出来，这种形式即丧失了传统课堂教学的灵活性，又无法发挥电脑一对一教学模式的优势，其结果与电视大学和电视中学无甚区别。应该强调，计算机参与教学工作重在辅助，而不在教学本身。作者认为至少从目前的发展水平和所具备的条件来看，计算机辅助教学活动应在维持和基本维持传统课堂教学模式的基础上来进行，即课堂教学仍主要由教师来完成，而计算机则作为传统课堂教学的一种辅助和补充手段而存在。值得注意的是，在课堂教学以外计算机仍拥有广阔的天地。 14把握枝叶和主杆的结合数学教师常常希望电脑能从各个角度来展示一个几何体的空间造型和位置，以及各种方位的组合过程和截开效果，物理教师则常常希望能通过电脑来再现原子弹爆炸的全过程，因为这类教学内容凭借传统的教学手段是难以实现的。而通过计算机来直观形象地反映各种自然规律和现象，可以激发学生的学习兴趣，加深对物理概念和原理的理解。应当肯定，计算机在这些方面有其无以替代的优势，因此可用把电脑请进教室的形式，让电脑来完成局部的、特别擅长的教学内容。但即使这样，在这个问题上还必须把握好一个度的问题。一方面电脑对空间几何体多视角的再现功能有助于学生掌握空间点、线、面之间的几何关系，使初学者更容易从平面视角转入立体世界；另一方面也要考虑到立体几何的教学工作本身就是要培养学生以平面图形为基础的空间相象力和思维习惯，至少作业练习和考试不可能有动画演示和立体旋转。所以电脑参与立体几何教学工作的程度和方式还值得深入研究，如果把握不好这个尺度，也会产生不良后果。 中学的物理教学一方面要培养学生的观察能力，更重要的是帮助学生学会运用物理学中的概念、原理和逻辑推理的思维方法来正确地分析和解释自然界中的各种物理现象。因此在计算机辅助教学中应注意枝叶和主杆内容的结合，不能只见枝叶而不见主杆，很难相象一个学生的物理成绩不理想是由于没有观摩过此类过程的再现所造成的。 特别应该注意，对于自然界的各种物理和化学现象，以及数学中的立体图形，很多教学录像片可起到异曲同工的效果，但投资不会比电脑更多，更何况大部分中学都具备开展这种电化教学的基本条件。广义的多媒体教学手段就是指多种媒体的合理分工，相互配合和协同作业，以最低廉的投入来获取最高收益。 15在电脑上做实验 很多学生和教师会有这样的想法，把电脑当成轻便的实验室，在电脑上做实验，然而从现有的实验软件来看，大多难以获得满意的效果。实验主要是培养学生的观察能力和动手能力，因此实验中的学生以操作实物为佳，而通过操作键盘或鼠标在电脑上模拟实验过程往往很难达到目的。现有的实验软件大多截取真实实验过程的某些方面和片断，或按照某种固定的流程让学生操作，一则不利于学生想象力和创造力的自由发挥，二来也难于暴露和诊断真实实验当中学生千奇百怪的误操作现象。随着虚拟现实技术的不断发展和成熟，上述问题才有可能得到比较好的解决。 16如何看待软件的音响效果 据有些资料介绍，视觉和听觉的双重刺激可以比单纯靠视觉来接受信息提高记忆和理解能力3050，作者认为不能一概而论。无论是记忆还是逻辑推理，人的大脑在同一时刻只能处理从各种感官接受得到的一种信息。如果人的眼睛和耳朵接受到的信息不相同或不同步，那么两种信息只会相互排斥相互干扰，也就是说耳朵听到的声音不仅无助于记忆和分析，而且可以说是一种噪音。相关的例子是很多的，比如外语考试有一类考题叫阅读理解，给考生一长段文字，要求考生以最快的速度看完，然后回答随后的问题，可以说所有的考生喜欢让他一个人静静地看，而不愿意在他看的同时，有人给他朗读这段文字。原因是看的速度要比朗读的速度快得多，看是一目十行，读是逐字逐句，耳朵听到的东西只会影响考生的记忆和理解能力。 除了语文和外语对发音和朗读有特别的要求之外，目前大多数采用了多媒体技术的教学软件对声音的运用主要有两个方面，一是在教学过程中播放轻松的音乐，这种做法实不可取，要想让学生真正学到点东西，就必须在相对较长的时间内给学生创造一种宁静的氛围，使学生能够全身心地投入到学习中去。如果一个学生觉得音乐好听，那他肯定在欣赏音乐，而没有集中精力学习；如果他没有听见音乐，那这种音乐就也失去了存在的价值。另一种用法，声音被用来朗读出现在屏幕上的文字信息，这种设计使用不当往往会由于上述原因对学生的记忆和理解力产生负面的影响。 与传统的课堂不同，在课堂上教师说什么、写什么，说多少、写多少，先说还是先写，哪些说哪些写，都经过了深思熟虑和巧妙安排，目的是使学生眼睛看到的和耳朵听到的信息达到完美的和谐。所以，如何在教学软件中恰当地运用好音响技术，还需进行深入的研究，幸好很多科目对音响并无直接的要求。 2中学计算机辅助教学工作的发展策略制定中学计算机辅助教学工作的发展策略必须正视中学计算机的硬件水平。一个教学班的计算机网络，每周工作5天，最多可开出60个课时，其中至少10个课时要用于对初一年级的学生进行操作和打字等基础培训，把剩下的50个课时用于辅助教学，那么对于一个拥有25个教学班的学校来讲，每个教学班每周只能分得2个课时。如果同时考虑数、理、化、语文和英语5门主课，则每个学生每门课程每周只有04个课时，或则说每门课每隔大约25周才能有一次上机的机会。因此，必须把最值得电脑干的事情留给电脑干，而该由教师做的工作由教师来做，能通过其它手段，例如教学录像来实现的就采用这些手段来完成。从整个教学过程来讲，还有哪些工作最值得电脑干呢？当然前面提到的数学中的函数曲线和图像，物理和化学现象的模拟和实验的演练等等都可以在电脑上运行，但是有一个更重要的教学环节常常容易被忽略，这就是对课堂教学内容的复习、检测、诊断和把关。根据前面的分析我们知道，一方面传统的课堂教学模式有其存在的充分理由，但另一方面也存在很多不尽人意之处。在目前1比50或1比60的课堂教学模式下，漏听、错听、未听懂和未掌握是学生当中普遍存在的相象。存在这些现象并不可怕，因为在课堂讲授之后还有作业环节来检测和把关。然而由于教师一次要批改的作业达60甚至120份之多，除了勾勾叉叉和圈圈点点之外，教师根本没有时间和精力给学生反馈更详尽的信息。可以设想允许教师每次只批改一本作业的现象等等，使得作业这个环节很难全面发挥师生之间交流信息和检测把关的主渠道作用。因此学生带着问题做作业，带着问题参加考试，自然学习成绩没有优劣之分，只有基础好坏的问题，过去的由于等生同样可能存在新的知识缺陷，只是程度不同，因而也同样需要进行检测、诊断和把关。因此我们认为，先行的教学模式当中，缺少一个至关重要的教学环节，这就是在课堂教学完成之后，利用较短的时间对学生在课堂上所学的知识进行阶段性的检测和把关，诊断、发现和纠正学生头脑中存在的错误概念、模糊认识和未掌握的解题技巧、这项工作就特别值得而且只能让计算机来承担，因为学校现有的教师无力开展这种一对一的教学工作，其它手段也无法取而代之。由于这种把关工作一般是分章节分单元进行的，因此正好与2周或3周一次的机时量配合起来。3教学软件的来源即使在硬件设备比较先进的学校，计算机人才的数量也未能满足开展大规模计算机辅助教学活动的要求。大多数计算机教师忙于计算机基础知识、操作打字和程序设计的语言的教学工作，平时还要承担校内的文稿打印、工资管理和学生考试成绩处理等工作，根本无暇顾及计算机教学工作的规划和教学软件的开发等工作。因此要想充分发挥已有硬件设备的作用，将计算机辅助教学工作开展起来，就必须配备专职的计算机教师和管理人员，从事计算机辅助教学工作的规划和设计，配合各课程的任课教师，做好对现有的教学软件的评估和比选，确保软件的正常运转，同时承担起中小型的软件开发工作。 目前大多数中学不具备开发大型系列教学软件的能力，选购现成软件是学校获得教学软件的主渠道。然而再好的教学软件对于具体的某个学校来说，由于教材、教学计划、学校级别和生源的不同，总存在这样或那样的问题、因此学校因逐渐培养起自行开发小软件的能力，或与软件开发公司合作开发一些特别适合于自己的教学软件，走购买和自研相结合的道路。为了达到诊断和弥补知识缺陷的目的，选用或设计的教学软件必须具备两个特点。从教学内容的组织上讲，应分章节分单元，短小精干，高度浓缩，以适应计算机课时不足的要求。从功能上讲应发挥计算机的智能技术2，立足于对学生学习状态的检测和评估，应能发现问题，查出隐患。计算机不能只告诉学生对与错，或只给出一些简单的提示，或将求解过程和盘托出，这样的软件功能相当于一本习题集或习题解答，而没有